بخشی از مقاله
چکیده
شناخت مکانیسمهای کنترل کننده غلظت یونهای فلزی در محلول خاک هم از نظر کشاورزی و هم زیست محیطی بسیار حائز اهمیت است. در این پژوهش پارامترهای سینتیکی جذب روی بر هومین استخراج شده از پیت مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج بررسی اثر زمان بر فرآیند جذب روی بر هومین نشان داد که پس از 180 دقیقه این فرآیند به تعادل میرسد. جذب روی توسط هومین تطابق خوبی با مدل شبه مرتبه دوم داشت - R2=0.9999 - و از این سینتیک پیروی میکند. این یعنی هیچ محدودیتی در جاذب نیست، بلکه تمام مکانهای خالی در سطح جاذب توسط جذب شونده اشغال شده است. طبق این مدل مقدار تعادلی جذب - qe - ، 45/87 میلیگرم روی بر گرم هومین بدست میآید. بنابر این، براساس نتایج این مطالعه هومین به عنوان یکی از اجزای مهم مواد هومیکی، کارایی بسیار خوبی برای جذب روی از خود نشان میدهد.
مقدمه
خاک از عناصر کلیدی اکوسیستمهای طبیعی بوده و محیط ناهمگن بسیار پیچیدهای است که شامل فازهای جامد مانند کانیها و مواد آلی و فازهای مایع بوده که با یکدیگر و یونهایی که وارد خاک میشود برهمکنش دارد. توانایی خاک برای جذب یونهای فلزی از محلول آبی هم از نظر کشاورزی - حاصلخیزی خاک - و هم از نظر مشکلات زیست محیطی بسیار مورد توجه است . - Bradl, 2004 - از منظر کشاورزی، عناصر کم مصرف برای رشد گیاهان ضروری بوده ولی زمانی که غلظت آنها افزایش یابد این یونها میتواند باعث اثرات زیست محیطی مخربی شود . - Alloway, 1995 -
مطالعه فرآیندهای جذب سطحی اهمیت بسزایی در درک مکانیسمهای انتقال یونها از فاز محلول متحرک به سطوح فاز جامد دارد. مواد آلی نقش بسزایی در کشاورزی پایدار دارد که میتواند به دلیل در اختیار گذاشتن گروههای عامل فعال برای تبادلات یونی حتی در مقادیر کم نقش معنیداری در این امر ایفا کند. بنابراین شناخت مکانیسم عمل آنها و ارائه راهکارهایی به منظور استفاده بیشتر مواد هومیکی و اجزای آن از اهمیت ویژهای برخوردار است. هومین با وجود اینکه بیش از نیمی مواد هومیکی را تشکیل میدهد ولی هنوز نقش آن در تبادلات یونی به خوبی شناخته شده نیست.
هومین ترکیباتی از هوموس است که در بازها و اسیدهای ضعیف نامحلول بوده که یکی از دلایل آن تشکیل پیوندهای محکم آن با کانیهاست - . - Rashid, 1985 هومین شامل پلیمرهای زیستی تغییر نیافته و یا کم تغییر یافته مانند لیگنین، پلی ساکاریدها، لیپیدهای متصل به کانیها و مواد شبه هومیک، کروژن، بوتیمن و کربن سیاه میباشد . - Calace et al., 2007 - هومین دارای چندین گروه عامل بوده از جمله میتوان به اسیدهای چرب متیل استر، آلکان متوکسی و گروههای آروماتیک قطبی که مکانهای پیوندی چندگانه را تشکیل میدهد اشاره کرد.
- De la Rosa et al. 2003 - همچنین گروههای عاملی فعال بر سطوح هومین شامل کربوکسیل، هیدروکسیل و هیدروکسیل فنولی بوده که خاصیت جذب سطحی فلزات سنگین را دارا میباشد . - Wang et al., 2016 - مطالعاتی جذب سطحی فلزات سنگین را بر هومین مورد مطالعه قرار داده اند که عمدتا در ارتباط با عنصر مس میباشد . - Alvarez-Puebla et al., 2004; Zhang et al., 2013 - با توجه به اینکه عنصر روی هم از نظر تغذیه گیاه جزء عناصر ضروری بوده و همچنین در غلظتهای زیاد باعث سمیت میشود، بررسی رفتار جذبی این عنصر از اهمیت بسزایی برخوردار است. همچنین استفاده از هومین بعنوان یک جاذب برای کاهش غلظت روی در محلولها میتواند مورد توجه قرار گیرد. بنابراین، پژوهش حاضر برای بررسی سینتیک جذب سطحی روی بر سطوح هومین انجام گرفته است.
مواد و روشها
استخراج هومین از پیت
به منظور استخراج مواد هومین از روش انجمن بین المللی مواد هومیکی - IHSS - استفاده شد. در این روش از سود 0/5 نرمال، برای استخراج هومین استفاده شد. پیت و سود با نسبت 1:10 با هم مخلود شد و به مدت 24 ساعت شیک گردید. سپس بخش هومین پیت از اسید هومیک و اسید فولویک محلول با استفاده از سانتریفوژ با دور 8000 دور در مدت زمان 30 دقیقه جدا شد. . - Janos, 2003 - این فرایند انقدر تکرار شد تا اینکه محلول رویی حاوی اسید هومیک و اسید فولویک کاملا شفاف گردد. سپس هومین توسط دستگاه فریز درایر خشک شد . هومین خشک شده با هاون کوبیده شده و از الک 40 مش عبور داده شد و در آزمایشهای جذب سطحی مورد استفاده قرار گرفت.
جذب سطحی و همدماهای مختلف
مقدار 50 میلیگرم هومین در لولههای سانتریفوژ 50 میلیلیتری ریخته و 30 میلی لیتر از محلول کلرید روی با غلظت-100 میلیگرم بر لیتر کلرید کلسیم 0/01 مولار به آن اضافه شد. برای بررسی سنتیک جذب سطحی نمونهها به مدت زمان-های 15، 30، 60، 120، 240، 480، 960 و 1440 دقیقه در شیکر-انکوباتور با دمای 25±0/2 درجه سانتیگراد تکان داده شد و بعد از زمان معین، محلول رویی آن توسط سانتریفوژ کردن در دور 8000 دور جدا گردید و از کاغذ صافی واتمن 42 عبور داده شد. غلظت روی در محلول صاف شده با دستگاه جذب اتمی - Shimadzu-Japan - قرائت شد. جائیکه qe، Ci، Ce، M و V به ترتیب عبارتند از مقدار جذب شده از روی - mg/g - غلظت اولیه روی در محلول - mg/l - ، غلظت تعادلی روی - mg/l - ، جرم جذب کننده - هومین - - g - و حجم محلول .
نتایج و بحث
سینتیک جذب مسیر انجام واکنش و زمان تعادل را توصیف میکند، در حالیکه تعادل شیمیایی درباره مسیر واکنش و سرعت آن اطلاعاتی نمیدهد. به منظور بررسی سازوکار جذب، ثابتهای جذب را میتوان با استفاده از معادله لاگرگن - Lagergren, 1898 - برای مکانیسم شبه مرتبه اول - رابطه - 2 و معادله هو و مک کی - Ho and Mckay, 2000 - برای مکانیسم شبه مرتبه دوم - رابطه - 3 محاسبه کرد. در بین مدلهای تعیین کننده سینتیک جذب این دو مدل بیشترین کاربرد را دارند. شکل کلی این دو مدل در رابطه 2 و 3 نشان داده شده است. qt مقدار روی جذب شده در زمان t بر حسب - mg/g - و k1 ثابت سرعت تعادل جذب شبه مرتبه اول - min-1 - میباشد. همچنین k2 ثابت سرعت تعادل شبه مرتبه دوم - g/mg.min - می باشد.
با توجه به شکلهای 1 و 2، نتایج نشان داد که مدل سینتیکی شبه مرتبه دوم برازش بهتری بر نتایج جذب سطحی داشت و از این سینتیک پیروی میکند. وقتی جذب سطحی توسط نفوذ از داخل یک لایه اتفاق میافتد سینتیک از نوع شبه مرتبه اول و اگر جذب شیمیایی مرحله کند کننده سرعت واکنش باشد و فرآیند جذب سطحی را کنترل کند سینتیک از نوع شبه مرتبه دوم است. سینتیک شبه مرتبه اول بر اساس ظرفیت فاز جامد و سینتیک شبه مرتبه دوم بر مبنای جذب فاز جامد است.
